JP5368565B2 - 半導体ウェハの試験方法及び半導体ウェハ試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハに形成された集積回路素子等の被試験電子部品（以下、ＤＵＴ（Device Under Test）とも称する。）を、プローブカードを用いて試験する半導体ウェハの試験方法及び半導体ウェハ試験装置に関する。

ウェハ状態でのＤＵＴのテストに用いられるプローブカードとして、例えば、プローブ針を有するカンチレバー型プローブカードや、ポゴピンを有するバーチカル（垂直）型プローブカードが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

こうしたプローブカードでは、プローブカードの接触子と半導体ウェハの電極との電気的な接触を確実なものとするため、接触子と電極とが接触してから半導体ウェハをプローブカードに向かって所定量（例えば１００μｍ）押し上げる（オーバドライブさせる）必要がある。

このようなストローク管理を行うために、上記のプローブカードを用いた半導体ウェハの試験では、半導体ウェハを吸着保持するチャックと、当該チャックを昇降させるＺステージと、を有するプローバが用いられている。

国際公開第２００６／０６４５４６号

上記の構造では、チャックを介して半導体ウェハをプローブカードに押し付けるため、当該チャックやプローブカードの剛性を高めておく必要があり、高コスト化を招来するという問題がある。半導体ウェハに形成された全てのＤＵＴにプローブカードを同時に接触させる一括コンタクト方式を採用する場合には、この問題は特に顕著である。

本発明が解決しようとする課題は、低コスト化を図ることが可能な半導体ウェハの試験方法及び半導体ウェハ試験装置を提供することである。

（１）本発明に係る半導体ウェハの試験方法は、プローブカードを用いて半導体ウェハを試験する方法であって、前記半導体ウェハを保持する保持部材と前記プローブカードとの間に密閉空間を形成する密閉工程と、前記密閉空間を減圧する減圧工程と、前記半導体ウェハと前記プローブカードとの電気的接触を検出する検出工程と、前記密閉空間を減圧した状態で、前記検出工程での検出結果に基づいて、前記保持部材を前記プローブカードに対して相対的に所定量移動させる移動工程と、を備えたことを特徴とする（請求項１参照）。

上記発明において、前記プローブカードは、カンチレバー型プローブカード又はバーチカル型プローブカードを含んでもよい（請求項２参照）。

上記発明において、前記移動工程は、前記保持部材を移動させる移動手段によって、前記保持部材を前記プローブカードに向かって前進させることを含んでもよい（請求項３参照）。

上記発明において、前記減圧工程は、前記密閉空間内の減圧に伴って生じる吸着力（Ｆ_Ｐ）が、前記プローブカードの押圧に必要とされる必要押圧力（Ｆ_Ｎ）以下となるように（Ｆ_Ｐ≦Ｆ_Ｎ）、前記密閉空間内を減圧することを含んでもよい（請求項４参照）。

上記発明において、前記移動工程は、前記保持部材に当接している当接手段を後退させることを含んでもよい（請求項５参照）。

上記発明において、前記減圧工程は、前記密閉空間内の減圧に伴って生じる吸着力（Ｆ_Ｐ）が、前記プローブカードの押圧に必要とされる必要押圧力（Ｆ_Ｎ）よりも大きくなるように（Ｆ_Ｐ＞Ｆ_Ｎ）、前記密閉空間内を減圧することを含んでもよい（請求項６参照）。

（２）本発明に係る半導体ウェハ試験装置は、プローブカードを用いて半導体ウェハを試験する半導体ウェハ試験装置であって、前記プローブカードが電気的に接続される試験装置本体と、半導体ウェハ搬送装置と、を備え、前記半導体ウェハ搬送装置は、前記半導体ウェハを保持する保持部材と、前記プローブカードと前記保持部材との間に密閉空間を形成する密閉手段と、前記密閉空間を減圧する減圧手段と、前記保持部材を前記プローブカードに対して相対移動させる移動手段と、を備えており、前記移動手段は、前記減圧手段によって前記密閉空間が減圧された状態で、前記試験装置本体が前記半導体ウェハと前記プローブカードとの電気的接触を検出したら、前記保持部材を前記プローブカードに向かって所定量前進させることを特徴とする（請求項７参照）。

上記発明において、前記プローブカードは、カンチレバー型プローブカード又はバーチカル型プローブカードを含んでもよい（請求項８参照）。

上記発明において、前記保持部材は、前記半導体ウェハが載置される載置面を有し、前記密閉手段は、前記載置面に設けられた環状のシール部材を含んでもよい（請求項９参照）。

（３）本発明に係る半導体ウェハ試験装置は、プローブカードを用いて半導体ウェハを試験する半導体ウェハ試験装置であって、前記プローブカードが電気的に接続される試験装置本体と、半導体ウェハ搬送装置と、を備え、前記半導体ウェハ搬送装置は、前記半導体ウェハを保持する保持部材と、前記プローブカードと前記保持部材との間に密閉空間を形成する密閉手段と、前記密閉空間を減圧する減圧手段と、前記保持部材に当接する当接部と、前記当接部を移動させる駆動部と、を有する当接手段と、を備えており、前記駆動部は、前記減圧手段によって前記密閉空間が減圧された状態で、前記試験装置本体が前記半導体ウェハと前記プローブカードとの電気的接触を検出したら、前記保持部材に当接している前記当接部を所定量後退させることを特徴とする（請求項１０参照）。

上記発明において、前記プローブカードは、カンチレバー型プローブカード又はバーチカル型プローブカードを含んでもよい（請求項１１参照）。

上記発明において、前記保持部材は、前記半導体ウェハが載置される載置面を有し、前記密閉手段は、前記載置面に設けられた環状のシール部材を含んでもよい（請求項１２参照）。

上記発明において、前記駆動部は、ボールねじ機構が連結されたモータ、又は、圧電素子を含んでもよい（請求項１３参照）。

上記発明において、複数の前記当接手段が、前記保持部材の外周部に当接するように周方向に沿って実質的に等間隔に配置されてもよい（請求項１４参照）。

本発明では、減圧によって半導体ウェハとプローブカードとを電気的に接触させるので、半導体ウェハを保持する保持部材やプローブカードの剛性を高める必要がなく、低コスト化を図ることができる。

また、本発明では、減圧を維持した状態で保持部材をプローブカードに向かって移動させるので、ストローク管理を必要とするタイプのプローブカードにも対応することができる。

図１は、本発明の第１実施形態における半導体ウェハ試験装置の全体構成を示す概略側面図である。 図２は、図１のII部の拡大断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態におけるウェハプローバを示す平面図である。 図４は、図３のIV-IV線に沿った断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態における半導体ウェハの試験方法を示すフローチャートである。 図６は、図５のステップＳ１２を示す拡大断面図である。 図７は、図５のステップＳ１４を示す拡大断面図である。 図８は、本発明の第２実施形態における半導体ウェハ試験装置の全体構成を示す概略側面図である。 図９は、本発明の第２実施形態におけるウェハトレイを示す断面図である。 図１０は、本発明の第２実施形態におけるステージを示す平面図である。 図１１は、図１０のXI-XI線に沿った断面図である。 図１２は、本発明の第２実施形態におけるメカニカルストッパの構成を示す断面図である。 図１３は、本発明の第２実施形態におけるメカニカルストッパのレイアウトを示す底面図である。 図１４は、本発明の第２実施形態における半導体ウェハの試験方法を示すフローチャートである。 図１５は、図１４のステップＳ２２〜Ｓ２４を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１及び図２は本実施形態における半導体ウェハ試験装置を示す図である。

本実施形態における半導体ウェハ試験装置１は、半導体ウェハ１００に造り込まれたＤＵＴの電気的特性を試験する装置であり、図１に示すように、テストヘッド１０と、インタフェース組立体２０と、ウェハプローバ３０と、を備えている。

この半導体ウェハ試験装置１では、ＤＵＴの試験に際して、ウェハプローバ３０によって半導体ウェハ１００をインタフェース組立体２０のプローブカード２１に対向させ、この状態で、第２の真空ポンプ４２（図３参照）によって密閉空間３７（図６及び図７参照）内を減圧することで、半導体ウェハ１００をプローブカード２１に接触させる。さらに、この状態からウェハプローバ３０によって半導体ウェハ１００をプローブカード２１に向かって所定量押し込む。この押込みによって半導体ウェハ１００とプローブカード２１とが確実に接触したら、テストヘッド１０から半導体ウェハ１００のＤＵＴに対して試験信号を入出力することで、ＤＵＴのテストを実行する。

すなわち、本実施形態の半導体ウェハ試験装置１では、半導体ウェハ１００とインタフェース組立体２０とを接触させる方式として減圧方式を採用しつつも、カンチレバー型やバーチカル型のプローブカードに必要とされるストローク管理の機能も備えている。

インタフェース組立体２０は、図２に示すように、半導体ウェハ１００に電気的に接触するプローブカード２１と、テストヘッド１０に接続されるパフォーマンスボード２４と、プローブカード２１とパフォーマンスボード２４との間で伝送路のピッチ変換を行うインタポーザ２２と、を備えている。

プローブカード２１は、配線等が形成されたカード基板２１１と、当該基板２１に実装された多数のプローブ針２１２を有する、いわゆるカンチレバー型のプローブカードである。

なお、本実施形態におけるプローブカード２１は、半導体ウェハ１００との接触後に所定量のオーバドライブを必要とするタイプのものであれば、上記のものに特に限定されない。例えば、プローブカード２１として、カード基板と、当該カード基板に立設された多数のポゴピンと、を有する、いわゆるバーチカル（垂直）型のプローブカードを用いてもよい。

このプローブカード２１とパフォーマンスボード２４とを電気的に接続するインタポーザ２２は、例えば、シリコン基板、セラミック基板、ガラス基板等のピッチ変換基板や異方導電性ゴム等から構成されており、プローブカード２１側の狭いピッチを、パフォーマンスボード２４側の比較的広いピッチに変換する。なお、このインタポーザ２２は、プローブカード２１とパフォーマンスボード２４との間で伝送路のピッチ変換を行うものであれば、上記のものに特に限定されない。

パフォーマンスボード２４は、インタポーザ２２を介してプローブカード２１と電気的に接続されている一方で、特に図示しないコネクタやケーブル等を介して、テストヘッド１０内に収容されたピンエレクトロニクスに電気的に接続されている。さらに、テストヘッド１０は、例えば、ケーブルを介してテスタ（メインフレーム）に電気的に接続されている。本実施形態におけるテストヘッド１０やテスタが、本発明における試験装置本体の一例に相当する。

プローブカード２１の上面とパフォーマンスボード２４の下面との間には、環状のシール部材２３が介装されており、プローブカード２１とパフォーマンスボード２４との間に内部空間２５が形成されている。インタポーザ２２は、この内部空間２５の中に収容されている。

図３及び図４は本実施形態におけるウェハプローバを示す図である。

ウェハプローバ３０は、図１に示すように、半導体ウェハ１００を吸着保持するチャック３３と、当該チャック３３をインタフェース組立体２０に対して相対移動させるステージ６０と、を備えている。本実施形態におけるウェハプローバ３０が、本発明における半導体ウェハ搬送装置の一例に相当する。

チャック３３は、図３及び図４に示すように、半導体ウェハ１００が載置される平坦な上面３３１を持つ略円板状の部材であり、チャック３３の上面３３１は半導体ウェハ１００よりも大きな直径を有している。なお、本実施形態におけるチャック３３が、本発明における保持部材の一例に相当する。

このチャック３３の上面３３１には、半導体ウェハ１００よりも小径の３つの環状溝３３２が同心円状に形成されている。これらの環状溝３３２は、チャック３３内に形成された吸着用通路３３３に連通している。この吸着用通路３３３は、吸着ポート３３４を介して第１の真空ポンプ４１に接続されている。

従って、チャック３３の上面３３１に半導体ウェハ１００を載置した状態で第１の真空ポンプ４１によって吸引を行うと、環状溝３３２内に発生した負圧によって半導体ウェハ１００がチャック３３に吸着保持される。なお、環状溝３３２の形状や数は特に限定されない。

さらに、本実施形態では、チャック３３内に減圧用通路３３５が形成されている。この減圧用通路３３５は、上面３３１において最外側の環状溝３３２のさらに外側に位置する吸引孔３３６で開口している。この減圧用通路３３５は、減圧ポート３３７を介して、第２の真空ポンプ４２に接続されている。本実施形態における第２の真空ポンプ４２が、本発明における減圧手段の一例に相当する。

また、チャック３３の上面３３１の外周部近傍には、環状のシール部材３４が設けられている。このシール部材３４の具体例としては、例えばシリコーンゴムからなるパッキン等を例示することができる。チャック３３がプローブカード２１に押し付けられると、このシール部材３４によって、チャック３３の上面３３１とプローブカード２１との間に密閉空間３７（図６及び図７参照）が形成されるようになっている。特に、本実施形態のシール部材３４は、第２のポンプ４２の減圧後のチャック３３の移動を十分に許容し得る程度のＺ方向（図１）に沿った自由度（柔軟性）を有している。

さらに、チャック３３内には、半導体ウェハ１００の温度調節を行うために、冷却用通路３３８が形成されていると共にヒータ３５と温度センサ３６が埋設されている。冷却用通路３３８は、一対の冷却ポート３３９を介してチラー４３に接続されている。温度センサ３５６の検出結果に基づいて、ヒータ３５やチラー４３を制御することで、半導体ウェハ１００の温度が目標温度に維持されるようになっている。

以上に説明したチャック３３は、ステージ３２の先端に固定されている。ステージ３２は、特に図示しないモータやボールねじ機構等から構成されており、図１に示すように、チャック３３を三次元的（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）に移動させると共にＺ軸を中心として回転させることが可能となっている。

このステージ３２は、チャック３３に吸着保持された半導体ウェハ１００を、インタフェース組立体２０に対向する位置に移動させてプローブカード２１に押し付けることが可能となっている。なお、本実施形態におけるステージ３２が、本発明における移動手段の一例に相当する。

次に、以上に説明した半導体ウェハ試験装置１による半導体ウェハ１００の試験方法について、図５〜図７を参照しながら説明する。図５は本実施形態における半導体ウェハの試験方法を示すフローチャート、図６及び図７は図５のステップＳ１２及びＳ１４を示す図である。

先ず、図５のステップＳ１１において、ウェハプローバ３０のステージ３２が、半導体ウェハ１００を吸着保持しているチャック３３を、プローブカード２１に対向する位置に移動させる。次いで、チャック３３のシール部材３４がプローブカード２１のカード基板２１１に密着するまで、ステージ３２がチャック３３を上昇させる。シール部材３４がプローブカード２１に密着してプローブカード２１とチャック３３との間に密閉空間３７が形成されるまでチャック３３を上昇させたら、ステージ３２は停止する。

次いで、図５のステップＳ１２において、図６に示すように、第２の真空ポンプ４２を作動させて密閉空間３７内を減圧する。

この際、同図に示すように、密閉空間３７内の減圧に伴って生じる吸着力Ｆ_Ｐが、プローブカード２１が有する全てのプローブ針２１２を押圧するのに必要な必要押圧力Ｆ_Ｎ（例えば２００〜３００[kgf]（１．９６×１０^３[N]〜２．９４×１０^３[N]）程度）と実質的に同一（Ｆ_Ｐ≒Ｆ_Ｎ）となるように、第２の真空ポンプ４２を制御する。なお、吸着力Ｆ_Ｐが必要押圧力Ｆ_Ｎよりも若干弱く（Ｆ_Ｐ＜Ｆ_Ｎ）なるように、第２の真空ポンプ４２を制御してもよい。

ここで、上記の必要押圧力Ｆ_Ｎは、プローブ針２１２一本当たりに必要とされる押圧力（単位：[kgf/pin]）に対して、プローブカード２１が有するプローブ針２１２の総数を乗じることで算出される。

この減圧に伴って、半導体ウェハ１００とプローブカード２１とが接触すると、例えば、テストヘッド１０が半導体ウェハ１００の電極１１０とプローブカード２１のプローブ針２１２との電気的な接触を検出する（ステップＳ１３）。

次いで、図５のステップＳ１４において、この検出をトリガとして、図７に示すように、例えばステージ３２のモータに取り付けられたエンコーダからの出力に基づいて、ステージ３２がチャック３３をさらに所定量（例えば１００μｍ）上昇させる。この上昇によって、プローブカード２１のプローブ針２１２が半導体ウェハ１００の電極１１０に喰い込むので、プローブ針２１２と電極１１０とが確実に接触する。

次いで、図５のステップＳ１５において、テストヘッド１０がインタフェース組立体２０を介して半導体ウェハ１００のＤＵＴに対して試験信号を入出力することで、ＤＵＴの試験が実行される。

半導体ウェハをプローブカードに下方から単に押し付ける従来の押圧方式のウェハプローバでは、チャックやステージ、プローブカードのスティフナの剛性を高めておく必要がある。これに対し、本実施形態では、減圧によって半導体ウェハ１００とプローブカード２１とを電気的に接触させるので、従来の押圧式のプローバのチャックと比較して、チャック３３、ステージ３２、或いはプローブカード２１のスティフナの剛性を低くすることができ、半導体ウェハ試験装置１の低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態では、減圧を維持した状態でステージ３２によってチャック３３を上昇させるので、ストローク管理を必要とするタイプのプローブカードを使用する場合にも対応することができる。

因みに、ストローク管理を必要とするタイプのプローブカードを用いた試験において、単に減圧によってプローブカードと半導体ウェハとを接触させると、ストロークを厳密に管理することが難しく、十分なオーバドライブを確保し得なかったり、プローブ針２１２を塑性変形させてしまうおそれがある。

＜第２実施形態＞
図８は本実施形態における半導体ウェハ試験装置の全体構成を示す概略側面図、図９は本実施形態におけるウェハトレイを示す断面図、図１０及び図１１は本実施形態におけるステージを示す図、図１２は本実施形態におけるメカニカルストッパの構成を示す断面図、図１３は本実施形態におけるメカニカルストッパのレイアウトを示す底面図である。

本実施形態における半導体ウェハ試験装置１Ｂは、図８に示すように、テストヘッド１０と、インタフェース組立体２０と、ウェハプローバ３０Ｂと、を備えている。テストヘッド１０及びインタフェース組立体２０の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるウェハプローバ３０Ｂは、（１）チャック３３に代えてウェハトレイ５０がステージ６０に取り付けられており、（２）ウェハトレイ５０を着脱可能に保持する先端保持部６１がステージ６０に設けられており、さらに（３）ウェハトレイ５０と当接するメカニカルストッパ７０を備えている点で、第１実施形態と相違する。

本実施形態におけるウェハトレイ５０は、第１実施形態で説明したチャック３３と類似の構成を有しており、図９に示すように、半導体ウェハ１００が載置される平坦な上面５０１を持つ略円板状の部材であり、ウェハトレイ５０の上面５０１は半導体ウェハ１００よりも大きな直径を有している。なお、本実施形態におけるウェハトレイ５０が、本発明における保持部材の一例に相当する。

このウェハトレイ５０の上面５０１には、半導体ウェハ１００よりも小径の３つの環状溝５０２が同心円状に形成されている。これらの環状溝５０２は、ウェハトレイ５０内に形成された吸着用通路５０３に連通している。この吸着用通路５０３は、吸着ポート５０４を介して第１の真空ポンプ（不図示）に接続されている。

従って、ウェハトレイ５０の上面５０１に半導体ウェハ１００を載置した状態で第１の真空ポンプによって吸引を行うと、環状溝５０２内に発生した負圧によって半導体ウェハ１００がウェハトレイ５０に吸着保持される。なお、環状溝５０２の形状や数は特に限定されない。

さらに、本実施形態では、ウェハトレイ５０内に減圧用通路５０５が形成されている。この減圧用通路５０５は、上面５０１において最外側の環状溝５０２のさらに外側に位置する吸引孔５０６で開口している。この減圧用通路５０５は、減圧ポート５０７を介して、第２の真空ポンプ（不図示）に接続されている。本実施形態における第２の真空ポンプが、本発明における減圧手段の一例に相当する。

また、ウェハトレイ５０の上面５０１の外周部近傍には、環状のシール部材５１が設けられている。このシール部材５１の具体例としては、例えばシリコーンゴムからなるパッキン等を例示することができる。ウェハトレイ５０がプローブカード２１に押し付けられると、このシール部材５１によって、ウェハトレイ５０の上面５０１とプローブカード２１との間に密閉空間５３（図１５参照）が形成されるようになっている。特に、本実施形態のシール部材５１は、第２のポンプの減圧後のウェハトレイ５０の移動を十分に許容し得る程度のＺ方向（図８）に沿った自由度（柔軟性）を有している。

さらに、ウェハトレイ５０内には、上述のチャック３３と同様に、冷却用通路５０８が形成されていると共にヒータ５２及び温度センサ（不図示）が埋設されており、半導体ウェハ１００の温度調節を行うことが可能となっている。

以上に説明したウェハトレイ５０は、ステージ６０によって着脱可能に保持されて移動することが可能となっている。こうしたウェハトレイ５０を採用することで、例えば、複数のテストヘッドで一つのステージ６０を共用して、テスト中の半導体ウェハ１００をウェハトレイ５０に保持させつつ、ステージ６０は他の作業（他のウェハトレイ５０の移動やアライメント等）を行うことができ、半導体ウェハ試験装置全体の稼働率向上を図ることができる。

ステージ６０は、特に図示しないモータやボールねじ機構等から構成されており、図１に示すように、ウェハトレイ５０を三次元的（Ｘ−Ｙ−Ｚ方向）に移動させると共にＺ軸を中心として回転させることが可能となっている。なお、本実施形態におけるステージ６０が、本発明における移動装置の一例に相当する。

また、本実施形態におけるステージ６０は、図１０及び図１１に示すように、ウェハトレイ５０を着脱可能に保持する先端保持部６１を有している。この先端保持部６１は、ウェハトレイ５０が載置される平坦な上面６１１を持つ円板状の部材で構成されており、この上面６１１はウェハトレイ５０と同程度の大きさを有している。

この先端保持部６１の上面６１１には、半導体ウェハ１００よりも小径の３つの環状溝６１２が同心円状に形成されている。これらの環状溝６１２は、先端保持部６１内に形成された吸着用通路６１３に連通している。この吸着用通路６１３は、吸着ポート６１４を介して第３の真空ポンプ６２に接続されている。

従って、この先端保持部６１の上面６１１にウェハトレイ５０を載置した状態で第３の真空ポンプ６２によって吸引を行うと、環状溝６１２内に発生した負圧によってウェハトレイ５０がステージ６０の先端保持部６１に吸着保持される。

なお、環状溝６１２の形状や数は特に限定されない。また、先端保持部６１の上面６１１にガイドピンを立設すると共に、ウェハトレイ５０の下面にガイド孔を形成し、これらガイドピンとガイド孔によってウェハトレイ５０を先端保持部６１に案内してもよい。

メカニカルストッパ７０は、図１２に示すように、モータ７１、ボールねじ機構７２、及び当接部材７３を備えている。なお、本実施形態におけるメカニカルストッパ７０が、本発明における当接手段の一例に相当する。

モータ７１は、例えば、サーボモータ又はパルスモータから構成されており、ストロークを数値管理することが可能となっている。ボールねじ機構７２は、モータ７１の駆動軸に連結されており、モータ７１が発生した回転駆動力をＺ方向沿った直線駆動力に変換する。当接部材７３は、ボールねじ機構に取り付けられており、ボールねじ機構７２によって変換されたモータ７１の駆動力によって、Ｚ軸方向に移動することが可能となっている。

なお、モータ７１及びボールねじ機構７２に代えて、圧電素子（ピエゾ素子）を用いてもよい。

このメカニカルストッパ７０は、ウェハプローバ３０のヘッドプレート３１において、プローブカード２１が挿入される開口３１ａに周囲に取り付けられており、通常はモータ７１が停止しており、当接部材７３がウェハトレイ５０の外周部に当接してストッパとして機能する。そして、後述するように、例えば半導体ウェハ１００の電極１１０とプローブカード２１のプローブ針２１２との電気的接触をトリガとして、モータ７１が駆動して当接部材７３が所定量（例えば１００μｍ程度）後退するようになっている。

本実施形態では、図１３に示すように、複数（本例では３つ）のメカニカルストッパ７０がヘッドプレート３１の開口３１ａの周囲に、周方向に沿って実質的に等間隔（１２０°毎）に配置されている。なお、図１３は、インタフェース組立体２０及びウェハプローバ３０を下方から見た図である。

複数のメカニカルストッパ７０を配置することで、メカニカルストッパ７０によってウェハトレイ５０の主面の方向も制御することが可能となる。なお、メカニカルストッパ７０の数は３つ以上であれば特に限定されず、また、メカニカルストッパ７０の配置も均等配置が好ましいが、特にこれに限定されない。

なお、このメカニカルストッパ７０をウェハトレイ５０に設けて、当接部材７３をウェハプローバ３０Ｂのヘッドプレート３１に当接させてもよい。

次に、以上に説明した半導体ウェハ試験装置１Ｂによる半導体ウェハ１００の試験方法について、図１４及び図１５を参照しながら説明する。図１４は本実施形態における半導体ウェハの試験方法を示すフローチャート、図１５は図１４のステップＳ２２〜Ｓ２４を示す拡大断面図である。

先ず、図１４のステップＳ２１において、ウェハプローバ３０Ｂのステージ６０が、半導体ウェハ１００を保持しているウェハトレイ５０を、プローブカード２１に対向する位置に移動させる。次いで、ウェハトレイ５０のシール部材５１がプローブカード２１のカード基板２１１に密着するまで、ステージ６０がウェハトレイ５０を上昇させる。シール部材５１がプローブカード２１に密着してプローブカード２１とウェハトレイ５０との間に密閉空間５３が形成されるまでウェハトレイ５０を上昇させたら、ステージ６０は停止する。

次いで、図１４のステップＳ２２において、図１５に示すように、第２の真空ポンプを作動させて密閉空間５３内を減圧する。

この際、同図に示すように、密閉空間５３内の減圧に伴って生じる吸着力Ｆ_Ｐが、プローブカード２１が有する全てのプローブ針２１２に必要な押圧力Ｆ_Ｎ（例えば２００〜３００[kgf]（１．９６×１０^３[N]〜２．９４×１０^３[N]）程度）よりも若干強く（Ｆ_Ｐ＞Ｆ_Ｎ）なるように、第２の真空ポンプを制御する。

この減圧に伴って、半導体ウェハ１００とプローブカード２１とが接触すると、例えば、テストヘッド１０が半導体ウェハ１００の電極１１０とプローブカード２１のプローブ針２１２との電気的な接触を検出する（ステップＳ２３）。

なお、本実施形態では、半導体ウェハ１００とプローブカード２１とが接触したら、ステージ６０は、他の作業（他のウェハトレイ５０の移動やアライメント等）を行うために、ウェハトレイ５０から離れて下降する。

次いで、図１４のステップＳ２４において、この検出をトリガとして、図１５に示すように、メカニカルストッパ７０のモータ７１を駆動させて、当接部材７３を所定量（例えば１００μｍ）後退させる。

この際、上述のように、減圧による吸着力Ｆ_Ｐが、プローブ針２１２の必要押圧力Ｆ_Ｎよりも若干強くなっているので（Ｆ_Ｐ＞Ｆ_Ｎ）、当接部材７３の後退に伴ってウェハトレイ５０がプローブカード２１にさらに接近する。この接近によって、プローブカード２１のプローブ針２１２が半導体ウェハ１００の電極１１０に食い込むので、プローブ針２１２と電極１１０とが確実に接触する。

次いで、図１４のステップＳ２５において、テストヘッド１０がインタフェース組立体２０を介して半導体ウェハ１００のＤＵＴに対して試験信号を入出力することで、ＤＵＴの試験が実行される。

以上のように、本実施形態では、減圧によって半導体ウェハ１００とプローブカード２１とを電気的に接触させるので、ウェハトレイ５０、ステージ６０、或いはプローブカード２１のスティフナの剛性を低くすることができ、半導体ウェハ試験装置１Ｂの低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態では、減圧を維持した状態でメカニカルストッパ７０の当接部材７３を後退させるので、ストローク管理を必要とするタイプのプローブカードを使用する場合にも対応することができる。

また、ストローク管理の不要なメンブレン型のプローブカードを対象とした減圧方式のプローバに、本実施形態におけるメカニカルストッパ７０を取り付けることで、ストローク管理の必要なカンチレバー型やバーチカル型のプローブカードにも対応することが可能となる。

また、こうしたメカニカルストッパ７０を複数設けることで、ウェハトレイ５０の平面方向の制御も可能となる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１，１Ｂ…半導体ウェハ試験装置
１０…テストヘッド
２０…インタフェース組立体
２１…プローブカード
２１２…プローブ針
２２…インタポーザ
２４…パフォーマンスボード
３０，３０Ｂ…ウェハプローバ
３１…ヘッドプレート
３２…ステージ
３３…チャック
３４…シール部材
３７…密閉空間
４２…第２の真空ポンプ
５０…ウェハトレイ
５１…シール部材
５３…密閉空間
６０…ステージ
７０…メカニカルストッパ
７１…モータ
７２…ボールねじ機構
７３…当接部材
１００…半導体ウェハ
１１０…電極

Claims (14)

1. プローブカードを用いて半導体ウェハを試験する方法であって、
   前記半導体ウェハを保持する保持部材と前記プローブカードとの間に密閉空間を形成する密閉工程と、
   前記密閉空間を減圧する減圧工程と、
   前記半導体ウェハと前記プローブカードとの電気的接触を検出する検出工程と、
   前記密閉空間を減圧した状態で、前記検出工程での検出結果に基づいて、前記保持部材を前記プローブカードに対して相対的に所定量移動させる移動工程と、を備えたことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
2. 請求項１に記載の半導体ウェハの試験方法であって、
   前記プローブカードは、カンチレバー型プローブカード又はバーチカル型プローブカードを含むことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
3. 請求項１又は２に記載の半導体ウェハの試験方法であって、
   前記移動工程は、前記保持部材を移動させる移動手段によって、前記保持部材を前記プローブカードに向かって前進させることを含むことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
4. 請求項３に記載の半導体ウェハの試験方法であって、
   前記減圧工程は、前記密閉空間内の減圧に伴って生じる吸着力（Ｆ_Ｐ）が、前記プローブカードの押圧に必要とされる必要押圧力（Ｆ_Ｎ）以下となるように（Ｆ_Ｐ≦Ｆ_Ｎ）、前記密閉空間内を減圧することを含むことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
5. 請求項１又は２に記載の半導体ウェハの試験方法であって、
   前記移動工程は、前記保持部材に当接している当接手段を後退させることを含むことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
6. 請求項５に記載の半導体ウェハの試験方法であって、
   前記減圧工程は、前記密閉空間内の減圧に伴って生じる吸着力（Ｆ_Ｐ）が、前記プローブカードの押圧に必要とされる必要押圧力（Ｆ_Ｎ）よりも大きくなるように（Ｆ_Ｐ＞Ｆ_Ｎ）、前記密閉空間内を減圧することを含むことを特徴とする半導体ウェハの試験方法。
7. プローブカードを用いて半導体ウェハを試験する半導体ウェハ試験装置であって、
   前記プローブカードが電気的に接続される試験装置本体と、
   半導体ウェハ搬送装置と、を備え、
   前記半導体ウェハ搬送装置は、
   前記半導体ウェハを保持する保持部材と、
   前記プローブカードと前記保持部材との間に密閉空間を形成する密閉手段と、
   前記密閉空間を減圧する減圧手段と、
   前記保持部材を前記プローブカードに対して相対移動させる移動手段と、を備えており、
   前記移動手段は、前記減圧手段によって前記密閉空間が減圧された状態で、前記試験装置本体が前記半導体ウェハと前記プローブカードとの電気的接触を検出したら、前記保持部材を前記プローブカードに向かって所定量前進させることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
8. 請求項７に記載の半導体ウェハ試験装置であって、
   前記プローブカードは、カンチレバー型プローブカード又はバーチカル型プローブカードを含むことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
9. 請求項７又は８に記載の半導体ウェハ試験装置であって、
   前記保持部材は、前記半導体ウェハが載置される載置面を有し、
   前記密閉手段は、前記載置面に設けられた環状のシール部材を含むことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
10. プローブカードを用いて半導体ウェハを試験する半導体ウェハ試験装置であって、
    前記プローブカードが電気的に接続される試験装置本体と、
    半導体ウェハ搬送装置と、を備え、
    前記半導体ウェハ搬送装置は、
    前記半導体ウェハを保持する保持部材と、
    前記プローブカードと前記保持部材との間に密閉空間を形成する密閉手段と、
    前記密閉空間を減圧する減圧手段と、
    前記保持部材に当接する当接部と、前記当接部を移動させる駆動部と、を有する当接手段と、を備えており、
    前記駆動部は、前記減圧手段によって前記密閉空間が減圧された状態で、前記試験装置本体が前記半導体ウェハと前記プローブカードとの電気的接触を検出したら、前記保持部材に当接している前記当接部を所定量後退させることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
11. 請求項１０に記載の半導体ウェハ試験装置であって、
    前記プローブカードは、カンチレバー型プローブカード又はバーチカル型プローブカードを含むことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
12. 請求項１０又は１１に記載の半導体ウェハ試験装置であって、
    前記保持部材は、前記半導体ウェハが載置される載置面を有し、
    前記密閉手段は、前記載置面に設けられた環状のシール部材を含むことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
13. 請求項１０〜１２の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置であって、
    前記駆動部は、ボールねじ機構が連結されたモータ、又は、圧電素子を含むことを特徴とする半導体ウェハ試験装置。
14. 請求項１０〜１３の何れかに記載の半導体ウェハ試験装置であって、
    複数の前記当接手段が、前記保持部材の外周部に当接するように周方向に沿って実質的に等間隔に配置されていることを特徴とする半導体ウェハ試験装置。

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